Rechnernetze I. Rechnernetze I. 2 Protokolle und Protokollhierharchie SS 2014

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1 Rechnernetze I SS 014 Universität Siegen rolanda.dwismuellera@duni-siegena.de Tel.: 071/ , Büro: H-B 8404 Stand: 10. August 015 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (1/13) i Rechnernetze I SS 014 e und hierharchie Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 39

2 e und hierharchie... Inhalt Einführung e und Dienste Die OSI-Architektur Die Internet-Architektur Peterson, Kap. 1.3 CCNA, Kap. 3 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 40.1 Einführung Teilaufgaben bei der Kommunikation zw. Rechnern Bestimmung eines Weges vom Sender zum Empfänger (Routing) Aufteilen der Daten in Pakete (wegen Multiplexing und Zwischenspeicherung), Zusammenbau beim Empfänger (in der richtigen Reihenfolge) Fehlerbehandlung: was, wenn ein Paket verlorengeht? Quittierung der Pakete nach Ablauf bestimmter Zeit: Sendung wiederholen jetzt aber Behandlung von Kopien des Pakets nötig! Flußkontrolle Empfänger an Sender: nicht so schnell! Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 41

3 .1 Einführung... Teilaufgaben bei der Kommunikation zw. Rechnern... Behandlung verschiedener Datendarstellungen bei Sender und Empfänger (Formate, Byte-Reihenfolge...) Verschlüsselung der Daten? Bei Mehrfachzugriffs-Verbindungen: Regelung des Zugriffs auf das Übertragungsmedium Festlegung des Übertragungsmediums: Kabel / Funk, Stecker, Frequenzen,... Kodierung und Format der Daten bei der Übertragung über dieses Medium (z.b. wie wird eine 1 bzw. 0 dargestellt?)... Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 4.1 Einführung... (Animierte Folie) Ordnung ins Chaos: Schichten und e Beispiel: zwei Experten unterhalten sich Experte Übersetzer Funker Fachsprache Englisch Morsezeichen Experte Übersetzer Funker Elektromagnetische Funkgerät Wellen tatsächliche Kommunikation Funkgerät Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 43

4 .1 Einführung... (Animierte Folie) Ordnung ins Chaos: Schichten und e Beispiel: zwei Experten unterhalten sich Dienst Übersetzer Englisch Übersetzer Schicht Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 44. e und Dienste Netzwerksysteme werden in Schichten organisiert Anwendungsprogramme Prozeß zu Prozeß Kanäle Host zu Host Konnektivität Hardware Ziel der Schichtung: Jede Schicht definiert eine Abstraktionsebene Jede Schicht bietet eine definierte Schnittstelle Implementierung der Schicht ist austauschbar Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 45

5 . e und Dienste... e Objekte, aus denen sich die Schichten zusammensetzen Bieten den Objekten höherer Ebenen Kommunikationsdienste an Ein bietet zwei Schnittstellen: Dienst-Schnittstelle (Service interface) für Nutzer der Dienste auf demselben Rechner Partner-Schnittstelle (Peer-to-Peer Interface) zu seinem Gegenstück auf dem anderen Rechner Achtung: Der Begriff ist überladen: Partner-Schnittstelle Implementierung dieser Schnittstelle Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 46. e und Dienste... Dienst-und Partnerschnittstellen Host 1 Host Höheres Objekt Dienst Schnittstelle Höheres Objekt Partner Schnittstelle Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 47

6 . e und Dienste... graphen Häufig unterschiedliche Abstraktionen in einer Schicht Realisiert durch unterschiedliche e Anwendungsprogramme Anfrage/Ant wort Kanal Nachrichten stromkanal Host zu Host Konnektivität Hardware Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 48. e und Dienste... graphen... graph stellt Abhängigkeiten zwischen en dar: Host 1 Host File application Digital library application Video application File application Digital library application Video application RRP HHP MSP Host zu Host RRP HHP MSP Anfrage Antwort Nachrichtenstrom Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 49

7 . e und Dienste... (Animierte Folie) Beispielhafter Informationsfluß zwischen den Schichten Schicht 7 M Schicht 7 M 4 H 4 M Schicht 4 H 4 M 3 H 4 M 1 M Schicht 3 H 4 M 1 M H H 4 M 1 T H M T Schicht H H 4 M 1 T H M T Quellrechner Zielrechner Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 50.3 Die OSI-Architektur Das ISO/OSI Referenzmodell OSI: Open Systems Interconnection Anwendung Darstellung Sitzung Transport Vermittlung Sicherung Bitübertragung Anwendungsprotokoll Darstellungsprotokoll Sitzungsprotokoll Transportprotokoll Vermittlungsprotokoll Sicherungsprotokoll Bitübertragungsprotokoll Anwendung Darstellung Sitzung Transport Vermittlung Sicherung Bitübertragung Rechner 1 (Sender) Rechner (Empfänger) Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 51

8 .3 Die OSI-Architektur... Vorbemerkung: Begriffe PDU (Protocol Data Unit) Dateneinheit, die ein überträgt Segment: PDU der Transportschicht Paket: PDU der Vermittlungsschicht Frame: PDU der Sicherungsschicht Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 5.3 Die OSI-Architektur... Schicht 1: Bitübertragungsschicht (Physical Layer) Übertragung einzelner roher Bits Elektrische Spezifikation Medium: Kabel, Glasfaser, Funk, Infrarot,... Spannungspegel, Frequenzen, Lichtwellenlänge,... Zeitverhalten Codierung und Modulationsverfahren Simplex / Duplex Übertragung Mechanische Spezifikation Form / Art der Stecker und Kabel Anzahl der Pins,... Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 53

9 .3 Die OSI-Architektur... Schicht : Sicherungsschicht (Data Link Layer) Zugriffskontrolle (MAC, Media Access Control) physische Adressierung der Kommunikationspartner regelt Zugriff auf das gemeinsam genutzte Medium nur bei Mehrfachzugriffs-Verbindungen LLC (Logical Link Control) sichert Datenübertragung auf einer Verbindung Fehlerbehandlung, Flußkontrolle Daten sind in Frames aufgeteilt (typ Byte) Frame durch Header und Trailer begrenzt Trailer enthält Redundanzbits (z.b. Prüfsumme) zur Fehlererkennung bzw. korrektur Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 54.3 Die OSI-Architektur... Schicht 3: Vermittlungsschicht (Network Layer) Unterste Schicht, die Kommunikation zwischen nicht direkt verbundenen Netzwerk-Knoten ermöglicht Host-zu-Host-Kommunikation Oberste Schicht der Netzwerk-Zwischenknoten definiert Schnittstelle der Subnetze Definiert einheitliches Adressierungsschema (logische Adressen) Hauptaufgabe: Routing = Bestimmung eines Weges zwischen Sender und Empfänger statisch, nur aufgrund der Verbindungstopologie dynamisch, z.b. lastabhängig Beispiel: IP- im Internet Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 55

10 .3 Die OSI-Architektur... Netzwerk-Zwischenknoten (Router) im OSI-Modell Anwendung Darstellung Sitzung Transport Anwendungsprotokoll Darstellungsprotokoll Sitzungsprotokoll Transportprotokoll Anwendung Darstellung Sitzung Transport Vermittlung 3 Vermittlung 3 Sicherung Sicherung 1 Bitübertragung 1 1 Bitübertragung 1 Rechner 1 (Sender) Router Rechner (Empfänger) Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/13) 56 Rechnernetze I SS Universität Siegen rolanda.dwismuellera@duni-siegena.de Tel.: 071/ , Büro: H-B 8404 Stand: 10. August 015 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (3/13) iii

11 .3 Die OSI-Architektur... Schicht 4: Transportschicht (Transport Layer) Ermöglicht Kommunikation zwischen Endpunkten (Prozessen) auf verschiedenen Rechnern Ende-zu-Ende-Kommunikation Stellt i.a. auch verbindungsorientierte Dienste bereit Kommunikationspartner erhalten den Eindruck einer Leitungsvermittlung Aufgaben: selbst wenn untere Schichten paketorientiert arbeiten Adressierung der zu kontaktierenden Prozesse Multiplexing von Kommunikationen ggf. Auf- und Abbau von Verbindungen Beispiel: TCP- im Internet Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (3/13) 57.3 Die OSI-Architektur... Schicht 4: Transportschicht (Transport Layer)... Sichert ggf. auch Datentransport zwischen Endpunkten u.a. Fehlerbehandlung, Flußkontrolle Abgrenzung der Schichten: Sicherungsschicht Router Transportschicht Router Subnetz Physische Verbindung Endpunkt (Prozeß) Host Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (3/13) 58

12 .3 Die OSI-Architektur... Schicht 5: Sitzungsschicht (Session Layer) Dienste zur Verwaltung von Sitzungen, z.b. Dialogsteuerung ( wer darf wann senden? ) atomare Aktionen ( alles oder gar nichts ) Synchronisierung (z.b. Weiterführung eines unterbrochenen Transfers) In der Praxis meist in Anwendungsprotokolle integriert! Schicht 6: Darstellungsschicht (Presentation Layer) Unterste Schicht, die die Semantik der Daten kennt Konvertiert Datenformate und darstellung Auch: Kompression, Verschlüsselung Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (3/13) 59.3 Die OSI-Architektur... Schicht 7: Anwendungsschicht (Application Layer) Spezialisierte Dienste und e für verschiedene Anwendungsbereiche Beispiele: HTTP (Hypertext Transport Protocol) zur Übertragung von Web-Seiten SMTP (Simple Mail Transport Protocol) zum Austausch von SMB (Server Message Block) / NFS (Network File System) e für Netzwerk-Dateisysteme SSH (Secure Shell) sicheres zur Nutzung entfernter Rechner Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (3/13) 60

13 .4 Die Internet-Architektur Die Internet-Architektur im Vergleich mit OSI 7 OSI Application TCP/IP Application 6 5 Presentation Session Im Modell nicht vorhanden 4 Transport Transport TCP, UDP 3 Network Internet IP Data link Network access 1 Physical Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (3/13) 61.4 Die Internet-Architektur... Schichten der Internet-Architektur Netzwerk-Zugriffsschicht (Network access) wird nicht von der Internet-Architektur spezifiziert d.h. das IP- kann auf beliebige Netzwerke aufgesetzt werden Internet-Schicht ein zentrales : IP (Internet Protocol) verbindungslos, paketvermittelt, unzuverlässig Transportschicht TCP (Transmission Control Protocol) verbindungsorientiert, zuverlässig UDP (User Datagram Protocol) verbindungslos, unzuverlässig Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (3/13) 6

14 .4 Die Internet-Architektur... graph der Internet-Architekur... FTP HTTP RTP DNS... Anwendungsschicht TCP UDP Transportschicht IP Internet Schicht... NET 1 NET NET n Netzwerkschicht Sanduhr-Modell: IP als zentrale Verbindung der höheren e und der Netzwerk-Zugriffsschicht Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (3/13) 63.4 Die Internet-Architektur... Adressierung von Hosts im Internet Anwendungsschicht: Hostname z.b. Vermittlungsschicht: IP-Adresse (logische Adresse) z.b Sicherungsschicht: MAC-Adresse (physische Adresse) z.b. 1a:68:5:f0:a3:d9 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (3/13) 64

15 .5 Zusammenfassung Schichten, e und Dienste ISO-OSI Referenzmodell 7 Schichten: Bitübertragung, Sicherung, Vermittlung, Transport, Sitzung, Darstellung, Anwendung Internet architektur Netzwerk-Zugriff, IP, TCP/UDP, Anwendung Nächste Lektion: Direktverbindungsnetze Codierung, Framing, Fehlererkennung und -korrektur Medienzugriffssteuerung (MAC), Ethernet Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (3/13) 65